JP5518365B2

JP5518365B2 - レーダ装置空中線

Info

Publication number: JP5518365B2
Application number: JP2009115893A
Authority: JP
Inventors: 洋史小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: JP2010266246A

Description

本発明は、レーダ装置空中線に係り、特に複数機能化されたレーダ装置に好適なレーダ装置空中線に関する。

レーダ装置空中線は、本体となるレーダ装置の機能用途に対応した走査を行うよう、種々の形態に構成される。例えば、飛来する目標を監視する対空監視用のレーダ装置空中線では、リフレクタを設けた空中線を方位方向に機械的に回転させながら、全周を監視する。また、方位方向に対する回転だけでは、目標の距離情報及び方位情報は観測できるものの、高度情報を知ることができない。このため、目標の３次元の位置情報を取得するために、例えば、方位方向には機械的に回転させながら、仰角方向に対しては電子走査を行ったり、あるいは仰角方向に複数のビームを同時に形成するデジタルビームフォーミングの手法等を用いて仰角方向の情報を取得している。この場合には、レーダ装置空中線は、仰角方向に複数の移相器が配列された一次元のフェイズドアレーアンテナを中心にして構成される。

一方、砲弾等の軌跡を観測してその発射位置等を取得する位置標定用のレーダ装置では、方位方向に対しては全周を必要とされることはあまりなく、対処する方位の範囲は、例えば９０°程度に限定される。しかし、砲弾等は高速に仰角方向に移動するので、目標を確実に多数のポイントで捕捉できるように、方位方向に高速な走査を行ってビーム幕を形成する。このためには電子走査が必要であり、この場合のレーダ装置空中線は、少なくとも、複数の移相器が方位方向に配列された一次元のフェイズドアレーアンテナを含み構成される。

特開平６−２４２２３２号公報（第５ページ、図１）

上記したように、レーダ装置においては、空中線部分を含め、機能用途が異なっていても構成上類似する部位が多い。しかしながら、実際には機能用途が異なるとそれぞれに異なった単独の装置として構成され、これら複数の装置が統合されるため、それぞれのレーダ装置の規模等を考慮した場合に、例えば、複数のレーダ機能を必要とするような運用場面においては、機能用途毎にこれら複数の装置を同時に配置・展開することには困難を伴うこともあり、運用に制約をきたすおそれがあった。また、機動性やコスト面においても、必ずしも得策ではなかった。加えて、特にフェイズドアレーアンテナ等の配列型の空中線を含む場合には、移相器を二次元に配列することによって種々自由度は増えるものの、その配列数が膨大になって全体が複雑化し、装置規模及びコスト面での折り合いが困難であった。このため、全体規模の増大を抑えつつ、レーダ装置を異なる複数の機能用途に適合させることが望まれていた。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、機能用途の異なるレーダ装置で用いる空中線を共通化したレーダ装置空中線を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレーダ装置空中線は、
複数の移相器が直線状に配列された一次元フェイズドアレー空中線と、前記一次元フェイズドアレー空中線のビーム指向方向を前記移相器の配列の方向であるアレー方向に電子走査する走査制御器と、前記一次元フェイズドアレー空中線を、レーダ装置本体からの制御に基づいて機械的に回動させ、前記アレー方向を水平方向または垂直方向に設定し保持するアレー方向変更機構と、前記アレー方向変更機構によって設定された前記一次元フェイズドアレー空中線のアレー方向を保持したまま、この一次元フェイズドアレー空中線を、前記レーダ装置本体からの制御に基づいて機械的に方位方向に回転駆動または所定の設定方位に駆動する方位駆動機構とを備え、前記一次元フェイズドアレー空中線は、前記レーダ装置本体からの制御に基づいて、前記アレー方向変更機構によって設定されたアレー方向に保持されたまま、前記方位駆動機構によって方位方向に機械的に駆動されながら、前記走査制御器の制御に基づきそのビーム指向方向を電子走査することを特徴とする。

また、前記一次元フェイズドアレー空中線を、導波管またはマイクロストリップラインによるアンテナ素子で構成したことを特徴とする。また、前記一次元フェイズドアレー空中線の各移相器は、送受信信号の振幅及び位相を制御する送受信モジュールを含むアクティブ素子を含むことを特徴とする。

本発明によれば、機能用途の異なるレーダ装置で用いる空中線を共通化したレーダ装置空中線を得ることができる。

本発明に係るレーダ装置空中線の一実施例の構成を示すブロック図。捜索機能に対応したビーム走査の一例を示す概念図。アレー方向変更の概念図。位置標定機能に対応したビーム走査の一例を示す概念図。

以下に、本発明に係るレーダ装置空中線を実施するための形態について、図１乃至図４を参照して説明する。

図１は、本発明に係るレーダ装置空中線の一実施例の構成を示すブロック図である。図１に例示したように、このレーダ装置空中線１は、一次元フェイズドアレー空中線１１、アレー方向変更機構１２、走査制御器１３、及び方位駆動機構１４から構成されており、レーダ装置本体２と接続されている。

一次元フェイズドアレー空中線１１は、複数のアンテナ素子を所定の間隔で直線状に配列したアレー型の空中線であり、後述する走査制御器１３からの制御信号を受けて配列の方向にビームを電子走査しながらレーダ信号を送受信する。本実施例においては、各アンテナ素子は、導波管またはマイクロストリップラインで構成している。また、各移相器を、送受信信号の振幅及び位相を制御する送受信モジュールを含んだアクティブ素子により構成することもできる。

アレー方向変更機構１２は、例えばレーダ装置本体２等からの一次元フェイズドアレー空中線１１のアレー方向に関する制御信号に基づき一次元フェイズドアレー空中線１１を回動させて、アレーの方向を方位方向、または仰角方向に保持する。走査制御器１３は、レーダ装置本体２等からのビーム走査に関する制御信号に基づいて、一次元フェイズドアレー空中線１１のビーム指向方向を電子走査するための制御信号を生成し、一次元フェイズドアレー空中線１１に送出する。方位駆動機構１４は、レーダ装置本体２等からの駆動制御信号に基づいて、一次元フェイズドアレー空中線１１を方位方向に駆動する。駆動のモードとしては、方位方向全周への回転や所定の方位への駆動・停止等を含む。

次に、前出の図１、ならびに図２乃至図４の説明図を参照して、上述のように構成された本実施例のレーダ装置空中線の動作について説明する。なお、以下の説明では、レーダ装置本体２が複数機能化され、少なくとも次の２つの機能を有しているものとしている。すなわち、第１に、目標の高度情報を含む位置情報を全周あるいは所定の方位範囲にわたって取得する捜索機能と、第２に、砲弾の発射位置等を推定する位置標定機能とを有し、これら機能を運用場面に応じて切り換えるものとしている。

はじめに、レーダ装置本体２が捜索モードで機能する場合について説明する。この場合には、全周あるいは所定の方位範囲にわたって目標を捜索しその高度情報を含む位置情報を取得するために、レーダ装置空中線１は、レーダ装置本体２からの制御信号により、方位方向には全周または対象の方位範囲にわたって機械的にビーム走査し、かつ仰角方向には所定の仰角範囲に対して電子走査を行うように設定された上で、レーダ信号の送受信を行う。すなわち、まず、レーダ装置本体２からの制御信号に基づき、アレー方向変更機構１２は、一次元フェイズドアレー空中線１１のアレーの配列方向が仰角方向となるように回動させ保持する。

そして、その上で走査制御器１３は、レーダ装置本体２からのビーム走査に関する制御信号に基づいて、一次元フェイズドアレー空中線１１のビーム指向方向を電子走査するための制御信号を生成し、所定のタイミングで一次元フェイズドアレー空中線１１に送出して、レーダビームを配列の方向である仰角方向に電子走査する。一次元フェイズドアレー空中線１１への制御信号は、例えば一次元フェイズドアレー空中線１１の各アンテナ素子が送受信モジュールを含み構成されている場合には、各素子毎の振幅及び移相量等を含んだものである。また、方位駆動機構１４は、レーダ装置本体２からの制御信号に基づいて、一次元フェイズドアレー空中線１１を方位方向に駆動する。このようにしてレーダ装置空中線１内の各部が設定・制御され、レーダ装置本体２と送受信信号を授受することによって、図２に例示したように、レーダビームを方位方向に機械走査しながら仰角方向に電子走査して目標の高度情報を含む位置情報を取得する、レーダ装置本体２の捜索機能に対応することができる。

次に、レーダ装置本体２が位置標定モードで機能する場合について説明する。この場合には、仰角方向に高速に移動する目標に対して多数の捕捉点を確保するために、レーダ装置空中線１は、レーダ装置本体２からの制御信号により、対処する方位範囲に対して高速での電子走査を行ってビーム幕を形成するよう設定された上で、レーダ信号の送受信を行う。すなわち、まず、レーダ装置本体２からの制御信号に基づき、アレー方向変更機構１２は、一次元フェイズドアレー空中線１１のアレーの配列方向が方位方向となるように回動させ保持する。ここで、例えば直前までのこのレーダ装置空中線１が、レーダ装置本体２の捜索機能に対応して動作していたとすると、図３の説明図に示すように、一次元フェイズドアレー空中線１１をアレー方向変更機構１２により９０度回動させて、アレーの配列方向を仰角方向から方位方向に変える。

その上で、走査制御器１３は、レーダ装置本体２からのビーム走査に関する制御信号に基づいて、一次元フェイズドアレー空中線１１のビーム指向方向を電子走査するための制御信号を生成し、所定のタイミングで一次元フェイズドアレー空中線１１に送出して、レーダビームを配列の方向である方位方向に電子走査する。また、方位方向駆動機構１４は、レーダ装置本体２からの制御信号に基づいて、一次元フェイズドアレー空中線１１の電子走査の範囲が対象の方位範囲を含むように、この一次元フェイズドアレー空中線１１を駆動しその方位に停止させる。このようにしてレーダ装置空中線１内の各部が設定・制御され、レーダ装置本体２と送受信信号を授受することによって、図４に例示したように、レーダビームを対象の方位範囲に対してビーム幕を形成するように高速での電子走査を行いながら、仰角方向に高速に移動する目標を複数の位置で捕捉する、レーダ装置本体２の位置標定機能に対応することができる。なお、一次元フェイズドアレー空中線１１を導波管等を用いたスロットアンテナで構成した場合には、レーダ装置本体２のレーダ送信信号の周波数を変化させることにより各アンテナ素子の位相を変化させて、ビーム指向方向を走査することも可能である。

以上説明したように、本実施例においては、複数の移相器が直線状に配列された一次元フェイズドアレー空中線を構成し、レーダ装置本体からの制御信号に基づき、この一次元フェイズドアレー空中線を回動させてアレーの配列方向を仰角方向または方位方向に保持する機構を備えるとともに、配列の方向には高速での走査が可能な電子走査によるビーム走査を行いつつ、方位方向には機械走査または対象方位への駆動・停止を可能にしている。これにより、レーダ装置本体の備える機能に応じて、方位方向、及び仰角方向の走査モードを種々に組み合わせることができる。

すなわち、例えば、一次元フェイズドアレー空中線のアレーの配列方向を仰角方向とし、方位方向には機械走査しながら仰角方向には電子走査することによって、このレーダ装置空中線を、目標の高度情報を含む位置情報を取得する捜索機能を有するレーダ装置に対応させることができる。また、例えば、一次元フェイズドアレー空中線のアレーの配列方向を方位方向とし、この一次元フェイズドアレー空中線を対象方位に機械駆動し停止させたまま、方位方向に高速で電子走査してビーム幕を形成することによって、このレーダ装置空中線を、目標の発射位置等を推定する位置標定機能を有するレーダ装置に対応させることができる。従って、配列するアンテナ素子数を増大させることなく、簡易な手法により機能用途の異なるレーダ装置で用いる空中線を共通化することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１レーダ装置空中線
２レーダ装置本体
１１一次元フェイズドアレー空中線
１２アレー方向変更機構
１３走査制御器
１４方位駆動機構

Claims

複数の移相器が直線状に配列された一次元フェイズドアレー空中線と、
前記一次元フェイズドアレー空中線のビーム指向方向を前記移相器の配列の方向であるアレー方向に電子走査する走査制御器と、
前記一次元フェイズドアレー空中線を、レーダ装置本体からの制御に基づいて機械的に回動させ、前記アレー方向を水平方向または垂直方向に設定し保持するアレー方向変更機構と、
前記アレー方向変更機構によって設定された前記一次元フェイズドアレー空中線のアレー方向を保持したまま、この一次元フェイズドアレー空中線を、前記レーダ装置本体からの制御に基づいて機械的に方位方向に回転駆動または所定の設定方位に駆動する方位駆動機構とを備え、
前記一次元フェイズドアレー空中線は、前記レーダ装置本体からの制御に基づいて、前記アレー方向変更機構によって設定されたアレー方向に保持されたまま、前記方位駆動機構によって方位方向に機械的に駆動されながら、前記走査制御器の制御に基づきそのビーム指向方向を電子走査する
ことを特徴とするレーダ装置空中線。
前記一次元フェイズドアレー空中線を、導波管またはマイクロストリップラインによるアンテナ素子で構成したことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置空中線。
前記一次元フェイズドアレー空中線の各移相器は、送受信信号の振幅及び位相を制御する送受信モジュールを含むアクティブ素子を含むことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置空中線。